ENTRENAMIENTO OPERACIONES Y MEJORA DEL DESEMPEÑO
Referencias del Participante Para
Sistema de Frenos de Aire MMGFSSF201
Proyecto Corp. Newmont - MYSRL Cajamarca, Perú 2006
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Aprobación
Aprobado por:
Gerente:
__________________________________________ Entrenamiento y Mejora de Desempeño
Fecha:
Julio 2006
Persona de contacto: Case Debruijn Gerente – Entrenamiento y Mejora de Desempeño Corporación Newmont – MYSRL Cajamarca, Perú Telf.: Fax: Correo Electrónico:
+88 4000 (22112) +88 4036
[email protected]
© Este material es de propiedad intelectual de la Corp. Newmont - MYSRL. Bajo convenios internacionales, ninguna parte puede ser reproducida sin previo permiso de MYSRL o de la Corp. Newmont - MYSRL.
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Contenidos Pagina
Modulo 1
Principios de Frenado Lección 1.1.- Introducción Lección 1.2.- Relación entre la masa, la velocidad y la aceleración en el frenado de un vehículo Lección 1.3.- Efecto del peso sobre los frenos de vehículo. Lección 1.4.- Efecto de la velocidad sobre los frenos de vehículo Lección 1.5.- Efecto del peso y la velocidad en el frenado del vehículo Lección 1.6.- Desaceleración
Modulo 2
Sistema de Frenos Asistidos Neumáticamente Lección 2.1.- Frenos asistidos neumáticamente Lección 2.2.- Sistemas de los frenos de aire
Modulo 3
Sistema de Carga Lección 3.1.- El sistema de carga Lección 3.2.- Componentes del sistema de carga Lección 3.3.- El compresor de aire Lección 3.4.- El gobernador Lección 3.5.- El secador de aire Lección 3.6.- El tanque Lección 3.7.- La válvula de descarga Lección 3.8.- La válvula de seguridad Lección 3.9.- El manómetro Lección 3.10.- Operación del sistema de carga
Modulo 4
Sistema de frenos de Servicio Lección 4.1.- El sistema de frenos de servicio Lección 4.2.- Componentes del sistema de servicio Lección 4.3.- Tanque primario y secundario Lección 4.4.- La válvula del pedal del freno Lección 4.5.- La válvula relé del freno de servicio Lección 4.6.- La válvula de escape rápido Lección 4.7.- El expansor Lección 4.8.- El ajustador de holgura Lección 4.9.- La zapata del freno Lección 4.10.- El tambor del freno Lección 4.11.- La cámara de freno de servicio Lección 4.12.- Operación del sistema de frenos de servicio
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Modulo 5
Sistema de frenos de parqueo / emergencia Lección 5.1.- El sistema de frenos de parqueo /emergencia Lección 5.2.- Componentes del sistema de frenos de parqueo Lección 5.3.- Válvula doble check Lección 5.4.- Válvula del freno de parqueo Lección 5.5.- Válvula moduladora del freno de resorte Lección 5.6.- Válvula relé del freno de parqueo Lección 5.7.- Cámara de frenos de parqueo Lección 5.8.- Operación de los frenos de parqueo - emergencia
Modulo 6
Sistema de frenos del remolque / carreta Lección 6.1.- El sistema frenos del remolque Lección 6.2.- Componentes del sistema de frenos del remolque Lección 6.3.- Válvula relé proporcional bobtail Lección 6.4.- Modulo de control de parqueo Lección 6.5.- Válvula de protección del tractor Lección 6.6.- Válvula de control del remolque Lección 6.7.- Válvula de relación bobtail Lección 6.8.- Válvula del freno del resorte del remolque Lección 6.9.- Operación del sistema de frenos del remolque
Modulo 7
Mantenimiento de un Sistema Neumático de Frenos Lección 7.1.- Objetivos Lección 7.2.- Mantenimiento de un sistema neumático de frenos Lección 7.3.- Procedimientos del fabricante Lección 7.4.- Revisar si existe desgaste o daños en las uniones y conexiones. Lección 7.5.- Revisar si existen fugas en las mangueras y acoples. Lección 7.6.- Lubricar las uniones. Lección 7.7.- Ajustar los frenos de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Lección 7.8.- Purgar el tanque de aire. Lección 7.9.- Revisar el secador de aire. Lección 7.10.- Revisar el ajuste de la presión del gobernador.
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Modulo 1
Principios de Frenado
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Lección 1.1.- Introducción Camiones de carretera y algunas máquinas de fuera de carretera utilizan frenos neumáticos. Los camiones gigantes de fuera de carretera utilizan una combinación de frenos neumáticos y frenos hidráulicos que se conoce como frenos neumáticos sobre hidráulicos, ya que se utiliza la presión de aire para operar el sistema hidráulico de frenos. Lección 1.2.- Relación entre la masa, la velocidad y la aceleración en el frenado de un vehículo Se requiere un sistema de frenos para detener un vehículo o máquina dentro de una cierta distancia a varias velocidades. Si un vehículo esta viajando a 100 kilómetros por hora necesitará una mayor distancia para detenerse que si viajara a 30 kilómetros por hora. Si el mismo vehículo viaja completamente cargado necesitará más distancia para detenerse que si viajase sin carga. La distancia que necesitaría un vehículo para detenerse variará con la velocidad y la masa. Lección 1.3.- Efecto del peso sobre los frenos de vehículo. Los sistemas de frenos están diseñados para controlar apropiadamente la velocidad del vehículo cuando está cargado hasta su peso bruto (el peso bruto vehicular es el peso total del vehículo incluyendo la carga). Si el peso bruto del vehiculo aumenta se afecta la eficiencia del freno. Si el peso del vehículo es el doble, la potencia para detener el vehículo deberá ser duplicada. Esto significa que los frenos deberán absorber y disipar dos veces la cantidad de calor. Sobrecargar un vehículo o máquina aumentará su distancia de frenado, e incluso la temperatura a la que operan. El exceso de calor afecta los materiales de fricción de los frenos causando que no trabajen bien, esto también incrementará la distancia de frenado haciendo que el vehículo o máquina sea peligroso para operar (vea las figura 1.1 y 1.2).
Figura 1.1: Distancia de frenado con la máxima carga normal de la máquina.
Figura 1.2: Distancia de frenado en una máquina sobrecargada.
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Lección 1.4.- Efecto de la velocidad sobre los frenos de vehículo El efecto del aumento de la velocidad en un vehículo sobre los sistemas de frenos es mucho más serio. Si la velocidad de un vehículo se duplica, la potencia para detener el vehículo deberá incrementarse cuatro veces. Esto significa que si la velocidad de un vehículo aumenta desde 40 kilómetros por hora hasta 80 kilómetros por hora entonces el sistema de freno deberá absorber y disipar cuatro veces la cantidad de calor (vea la figura 1.3 y1.4).
Figura 1.3: Distancia de frenado a 40 kilómetros por hora.
Figura 1.4: Duplicar la velocidad de la máquina requiere cuatro veces la fuerza de frenado para detener el vehículo a la misma distancia.
Otra manera de ilustrar este efecto de la velocidad sobre la habilidad para frenar es comparar la distancia de frenado requerida cuando la velocidad del vehículo aumenta sin que aumente la potencia de frenado (vea la figura 1.5). Nota: Las siguientes figuras son sólo aproximadas. Un vehículo que se detiene a 20 metros cuando va a 40 kilómetros por hora, requerirá 80 metros para detenerse cuando vaya a 80 kilómetros por hora.
Figura 1.5: Duplicar la velocidad con la misma fuerza de frenado aumentara la distancia de frenado cuatro veces.
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Lección 1.5.- Efecto del peso y la velocidad en el frenado del vehículo Si el peso y la velocidad de un vehículo se duplican, la potencia para detener el vehículo deberá incrementarse ocho veces. Lección 1.6.- Desaceleración Un término generalmente usado cuando se habla de frenos es la desaceleración. Este término se refiere al valor real al cual un vehículo disminuye su velocidad y generalmente expresa la disminución de la velocidad en cada segundo en términos de kilómetros por hora o metros por segundo. Un ejemplo de esto será: un vehículo se mueve a 32 kilómetros por hora, y un segundo después la velocidad del vehículo es sólo 28 kilómetros por hora. La velocidad del vehículo ha disminuido 4 kilómetros por hora en un segundo. Por lo tanto la desaceleración del vehículo es 4 kilómetros por hora por segundo. Consideraciones: 1 La masa es una cantidad de material o materia contenida en un cuerpo y no cambia con los efectos de la gravedad. 2 El peso es el resultado de la fuerza de gravedad que actúa en la masa. 3 Los sistemas de frenos deberán ser capaces de absorber la energía 10 veces más rápido de la que el motor desarrolla dicha energía. 4 Si el peso del vehículo es el doble, la potencia para detener el vehículo deberá ser duplicada. 5 Si la velocidad de un vehículo se duplica, la potencia para detener el vehículo deberá incrementarse cuatro veces. 6 Si el peso y la velocidad de un vehículo se duplican, la potencia para detener el vehículo deberá incrementarse ocho veces. 7 Un vehículo que se detiene a 9 metros cuando va a 32 kilómetros por hora, requerirá 36 metros para detenerse cuando vaya a 64 kilómetros por hora.
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Modulo 2
Sistema de Frenos Asistidos Neumáticamente
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Lección 2.1.- Frenos asistidos neumáticamente Los frenos neumáticos están en la siguiente etapa de desarrollo después de los frenos asistidos por potencia mecánica en la historia de los sistemas de frenos. El sistema neumático de frenos fue introducido para proveer más ayuda al conductor u operador, a medida que los vehículos se hacían más grandes, más pesados y más difíciles de bajar su velocidad o detenerlos. El aire comprimido es un gas que puede ser usado para transmitir y transferir energía. El sistema neumático de frenos utiliza aire comprimido para convertir el esfuerzo del pie del conductor u operador en fuerza de freno en las ruedas. Cuando operador presiona el pedal del freno de un sistema neumático de frenos, se dirige aire comprimido del tanque a través de varias válvulas y componentes a las cámaras de freno. Lección 2.2.- Sistemas de los Frenos de Aire El sistema neumático de frenos se puede dividir en 4 sistemas, estos son: 1 2 3 4
Sistema de Carga Sistema de Frenos de Servicio Sistema de Frenos de Parqueo Sistema de Frenos del Remolque o de la Carreta
En los módulos siguientes trataremos cada uno de estos sistemas por separado para conocer mejor su función, sus componentes y la operación del sistema.
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Modulo 3
Sistema de Carga
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Lección 3.1.- El sistema de carga. El sistema de carga de los frenos es el que se encarga de conseguir aire comprimido y almacenarlo para su pronto uso en los tanques de almacenamiento. El aire es tomado generalmente del múltiple de admisión del motor de combustión y que luego es almacenado a una presión de 120 PSI. Lección 3.2.- Componentes del Sistema de Carga. Los componentes principales del sistema de carga son los siguientes: 1 El compresor de aire 2 El gobernador 3 El secador de aire 4 El tanque de almacenamiento Lección 3.3.- El compresor de Aire Un sistema neumático de frenos funciona usando aire comprimido a alta presión y siendo así se necesita algunos medios para producir el aire comprimido. Un compresor de aire es el que hace este trabajo. Para proveer este volumen de aire a menudo se usa un compresor de dos cilindros (se muestra un compresor de dos cilindros en la figura 3.1). La función de un compresor de aire es la de proveer un gran volumen de aire bajo presión para el sistema de frenos. En aplicaciones automotrices el compresor está usualmente montado en el motor y es accionado por engranajes. Es lubricado por aceite de motor y es enfriado por refrigerante del motor.
Figura 3.1: Un compresor de dos cilindros
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Lección 3.4.- El Gobernador La presión de aire en un sistema neumático de frenos debe ser controlada para que el trabajo sea eficiente. Es necesario controlarla para tener un sistema neumático de frenos seguro. El compresor debe parar de producir aire comprimido una vez que se haya alcanzado la presión de trabajo. La función del gobernador es de detener la generación de aire comprimido del compresor una vez que la presión de operación del sistema ha sido alcanzada (120 PSI). También hace que el compresor de aire nuevamente produzca aire comprimido una vez que la presión del sistema esté por debajo del nivel de presión de operación del sistema(100 PSI). El gobernador está montado usualmente sobre la armazón del compresor (ver la figura 3.2).
Figura 3.2: Un gobernador
Lección 3.5.- El secador de aire En algunas condiciones operativas, especialmente en climas tropicales existe bastante humedad en el aire y esta es conducida al sistema neumático. La humedad se condensa y se convierte en agua dentro del sistema neumático y causa corrosión y así mismo reduce la capacidad de los tanques. Esto puede ser un problema serio, así que se usa secadores de aire para remover la humedad del aire antes de que esta entre al tanque. La función de un secador de aire es la de remover la humedad del aire comprimido antes de que éste entre el tanque de aire. Un secador de aire estará localizado entre el compresor y el tanque. En algunos casos el secador de aire es bastante grande y está colocado debajo del arco de la rueda delantera en camiones grandes (ver la figura 3.3)
Figura 3.3 : Secador de aire
Lección 3.6.- El Tanque Los sistemas neumáticos de frenos usan grandes volúmenes de aire para operar los frenos y el compresor no tiene la capacidad de proveer tal demanda. Esto significa que se necesita almacenar grandes volúmenes de aire comprimido a la presión del sistema listo para cuando el operador presione el pedal del freno. Se usa uno o más tanques en los sistemas neumáticos de frenos para tal propósito. Almacenar aire comprimido hasta que se lo necesite para operar los frenos, remover el calor del aire comprimido, recolectar la humedad para permitir que se drene a intervalos regulares. MMGFSSF201
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El tanque usualmente se encuentra por el compresor, cerca del motor. En camiones grandes puede que el reservorio se encuentre en la plataforma del operador por encima del motor, en los camiones pequeños puede estar localizado debajo de uno de los lados del camión.
Figura 3.4 : Tanques de aire comprimido
Lección 3.7.- La válvula de descarga. El término ‘descarga’ se refiere al método usado para detener el bombeo de aire comprimido proveniente del compresor. Una válvula de descarga se usa para mover la válvula de entrada del compresor fuera de su sitio de tal manera que cuando el pistón se mueve hacia arriba en el cilindro este simplemente bombea aire fuera de la válvula de entrada en vez de comprimirlo. Esto descarga el compresor ya que cuando el compresor no está comprimiendo aire, no está cargado. El gobernador controla la válvula de descarga. Cuando el gobernador siente que el sistema está a una presión operativa envía presión de aire a la válvula de descarga, lo que causa que esta mueva a la válvula de entrada del compresor fuera de su sitio. La función de una válvula de descarga es la de detener la producción de aire comprimido proveniente del compresor cuando esta recibe una señal piloto del gobernador. La válvula de descarga usualmente se encuentra acoplada en el compresor por encima de la válvula de entrada (ver la figura 3.5)
Figura 3.5: Válvula de descarga acoplada en un compresor
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Lección 3.8.- La válvula de seguridad. La presión de aire de un sistema neumático de frenos es controlada por el gobernador, pero si el gobernador fallara y se permitiera que la presión de aire se pasara del límite y saliera de control, existiría el peligro de que algunos componentes tales como el tanque reventara. Una válvula de seguridad es una válvula sensitiva a la presión que se abrirá cuando la presión de aire en el sistema se levante a un punto crítico. La válvula de seguridad está preparada para abrirse cuando existe una presión ligeramente mayor a la presión de operación del sistema y sólo funcionará en caso de una emergencia. La función de una válvula de seguridad es la de prevenir que la presión del aire comprimido almacenado en el tanque suba sobrepasando el límite de la presión de operación del sistema. La válvula de seguridad puede estar acoplada en el compresor y/o el tanque (Ver la figura 3.6).
Figura 3.6 : Válvula de seguridad acoplada en el tanque
Lección 3.9.- El Manómetro Ya que la operación eficiente de un sistema neumático de frenos depende del aire comprimido de los tanques esté a una presión operativa normal es necesario que el operador tenga una indicación de tal presión. Un manómetro montado en el panel del operador le da tal información. Puede que la presión de aire baje como resultado de una fuga y al notar tal baja de presión el operador puede detener el vehículo o máquina antes de que los frenos dejen de funcionar. Muchos manómetros a menudo también están conectados a dispositivos que dan alerta de manera audible. Estos dispositivos emiten un ruido de alerta cuando la presión de aire baja demasiado para proveer de un frenado seguro y controlado. La función del manómetro es indicar la presión de aire en los tanques del sistema de frenos. Un manómetro usualmente estará ubicado en el panel del operador, pero puede que haya un manómetro directamente montado en el tanque. (Ver la figura 3.7).
Figura 3.7: Manómetro montado en un reservorio.
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Lección 3.10.- Operación del sistema de carga El aire que ingresa al compresor es comprimido por acción de los cilindros que dirigen al aire hacia el secador de aire, para que le retire la humedad y los vapores de aceite. El secador tiene una propiedad llamada Adsorción, que permitirá que estas gotas vapor de aceite y de agua de adhieran al secador y estén en condiciones de ser expulsadas fuera del sistema por acción de una señal piloto del gobernador, el aire se almacena en el tanque húmedo o tanque nodriza. El gobernador es quien se encarga de regular la presión máxima y mínima del sistema, a su vez que permite que una señal active la expulsión de los contaminantes del aire dentro del secador.
Existen otros componentes de sistema de carga como son la válvula check simple que se instalan a la entrada de los tanques. El purgador de agua o grifo de expulsión de agua, cuando se acciona permite eliminar los sedimentos del tanque. El interruptor de baja presión, es una chicharra que indica que no se tiene aire disponible en los tanques. La válvula de protección que esta seteada a 150 PSI, permite proteger al sistema cuando falla el gobernador.
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Modulo 4
Sistema de Frenos de Servicio
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Lección 4.1.- Sistema de frenos de Servicio Los frenos de servicio son aquellos que el operador va accionar cuando quiera reducir la velocidad del vehiculo o cuando quiera detener su movimiento. Solo basta con pisar el pedal del freno que esta ubicado en piso de la cabina para conseguir la velocidad adecuada para poder controlar al vehiculo en movimiento. Lección 4.2.- Componentes del sistema de frenos de servicio Los componentes del sistema de frenos de servicio son los siguientes: 1 Los tanques primario y secundario 2 Válvula del pedal del freno 3 Válvula relé 4 Válvula de escape rápido 5 Expansores 6 Ajustador de holgura 7 Zapatas de freno 8 Tambor de frenado 9 Cámara de freno de servicio Lección 4.3.- Tanques primario y secundario El aire que se almaceno en el tanque húmedo o tanque nodriza es dirigido a dos tanques para su almacenamiento, quienes suministraran aire a presión para el sistema de frenos de servicio, el cual se dividirá en sistema de frenos posteriores o primario y el sistema de frenos delantero o secundario. Lección 4.4.- Válvula del pedal del freno – E-10 La válvula de pedal es una válvula de control que dirige aire a las cámaras de freno. La válvula de pedal está diseñada de tal manera que la fuerza de frenado aplicada a la cámara de freno es proporcional al esfuerzo del pedal aplicado por el conductor u operador. Las funciones de una válvula de pedal son: Controlar el flujo de aire que va hacia las cámaras de freno. Mantener la fuerza de frenado aplicada al actuador del freno de manera proporcional al esfuerzo del pedal aplicado por el conductor u operador. Una válvula de pedal estaría localizada en el piso de la cabina del operador (ver la figura 4.1).
Figura 4.1: Un freno de pie o una válvula de pedal del freno
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Lección 4.5.- Válvula relé – R-12 En vehículos y máquinas grandes pueden haber grandes distancias entre la válvula de pedal y las cámaras de freno. Estas grandes distancias crean problemas específicos para los sistemas neumáticos de frenos. Si el aire de un sistema de frenos tuviese que trasladarse desde el tanque hacia las cámaras de freno a través de la válvula de pedal cada vez que el pedal del freno fuese aplastado, entonces los frenos posteriores se aplicarían después que los frenos delanteros. Sin embargo, por medio de conectar la presión del tanque a una válvula de relé cerca a los frenos y sólo usar la válvula de pedal para operar la válvula de relé los frenos pueden operar mucho más rápido. Cuando el conductor o el operador presiona el pedal del freno se envía una señal ‘piloto’ desde la válvula de pedal hacia la válvula de relé. Esto ocasiona que la válvula de relé se abra y así permitir que el aire comprimido del tanque fluya directamente a los conjuntos (ensambles) del freno. La función de una válvula de relé es incrementar la velocidad de en la que el aire comprimido en enviado hacia las cámaras de frenos. Las válvulas relé están localizadas cerca de las cámaras de freno sobre el eje o chasis (ver la figura 4.2).
Figura 4.2: Válvula de relé
Lección 4.6.- Válvula de escape rápido – QR-N La válvula de escape rápido permite que el aire de retorno de las cámaras del freno de servicio se alivien a la atmósfera sin pasar por la válvula del pedal del freno. Esto es importante ya que como en el frenado es fundamental que el aire llegue rápidamente a las cámaras, también es importante que el aire se libere del freno de servicio.
Figura 4.3.- Válvula de escape rapido
Lección 4.7.- Expansores Un expansor es un dispositivo mecánico que empujan a las zapatas del freno contra el tambor del freno. Existen dos tipos: Tipo cuña y tipo leva en forma de ‘S’. Se llama un expansor porque la acción del dispositivo causa que las zapatas del freno se expandan contra el tambor del freno. MMGFSSF201
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La función de un expansor es mover las zapatas del freno para que hagan contacto con el tambor del freno cuando se activan los frenos. Lección 4.7.1.- Expansor (lóbulo) tipo leva en forma de ‘S’ Un expansor de tipo leva en forma de 'S' utiliza una leva de metal que tiene la forma de una letra 'S' de costado. Los extremos de las zapatas del freno se apoyan en la leva, la que está adjunta al extremo de un árbol. Cuando el árbol rota la leva en forma de ‘S’ gira y empuja a las zapatas del freno para que hagan contacto con el tambor del freno (ver la figura 4.4).
Figura 4.4: Zapatas del freno (1), leva en forma de ‘S’ (2) y árbol (3) Reproducido con el permiso de la Corporación Eaton. Todos los derechos reservados.
Lección 4.8.- Ajustador de Holgura Un ajustador de holgura es un dispositivo que se conecta entre el actuador del freno y el expansor del freno. Actúa como una palanca para voltear el árbol al que la leva en forma de ‘S’ está adjunta. El ajustador de holgura también actúa como un ajustador de freno y hay de tipos automáticos y manuales. Las funciones de un ajustador de holgura son: Actúa como una palanca y multiplica la fuerza para aplicar los frenos. Provee un medio automático o mecánico para ajustar los frenos. Lección 4.8.1.- Ajustador manual de holgura Un ajustador manual de holgura tiene un tornillo ajustador que puede ser girado con una llave para ajustar los frenos (ver la figura 4.5).
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Ajustador de holgura Tornillo ajustador
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Árbol de leva en forma de ‘S’ Actuador del freno de servicio
Figura 4.5: Ajustador manual de holgura
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Lección 4.8.2.- Ajustador automático de holgura Un ajustador automático de holgura tiene un medio automático para ajustar los frenos en lugar de uno manual (ver la figura 4.6). Cuando los frenos son operados el mecanismo del ajustador de holgura ajustará automáticamente la luz entre la zapata del freno y el tambor y asegura que los frenos estén siempre ajustados de una manera correcta.
Figura 4.6: Ajustador automático de holgura
Lección 4.9.- Zapatas de freno La función de las zapatas de freno en un sistema de frenos neumáticos es la misma que la de las usadas en un sistema de frenos asistido hidráulicamente. La diferencia es el tamaño de las zapatas de frenos y la manera en que son operados. Las zapatas de freno de un sistema neumático tienen que tener una superficie de material de fricción mucho más amplia ya que operan a temperaturas muy amplias. Esto crea la necesidad de esparcir el calor en una superficie mayor para incrementar la eficacia al transferir el calor a la atmósfera y así prevenir el recalentamiento. Los dos métodos principales para operar las zapatas de freno en un sistema neumático son por medio de expansores de cuña o lóbulos de leva en forma de 'S'. Estos son expansores mecánicos operados con aire y se los tratará más adelante en esta sección. Las funciones de las zapatas de frenos son: Proveer de un respaldo metálico semicircular donde se puede montar un material de fricción. Proveer de un material de fricción resistente al calor y resistente al desgaste que brindará un buen frenado cuando se ponga en contacto con el tambor rotatorio. Proveer de puntos metálicos de pivote que permitirán a la zapata del freno ponerse en contacto con el tambor del freno por medio de los lóbulos de leva en forma de ‘S’. Las zapatas del freno se encuentran montadas a un plato de respaldo que está atornillado a los ejes delantero y posterior (ver la figura 4.7)
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Zapatas del freno Plato de respaldo
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Material de fricción de la zapata del freno Expansores tipo cuña
Figura 4.7: Zapatas de freno.
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Lección 4.10.- Tambor de freno Los tambores de freno en los sistemas neumáticos de frenos también tienen la misma función de los tambores de frenos asistidos hidráulicamente. Son más grandes para poder acomodar el tamaño de las zapatas de freno y son mucho más pesados como resultado de esto. Las funciones de los tambores de frenos son: Proveer de una superficie suave para que entren en contacto con las zapatas del freno se froten. Transmitir el calor a la atmósfera, Transmitir el esfuerzo de frenado creado cuando los frenos son aplicados a la rueda. El tambor del freno se encuentra sobre las zapatas del freno y montado sobre el cubo de la rueda. El tambor del freno gira con el cubo de la rueda y la rueda.
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Superficie frezada del tambor del freno
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Orificios de montaje
Figura 4.8: Tambor del freno
Lección 4.11.- La cámara de freno de servicio Para hacer funcionar o ‘actuar’ a los frenos se necesita un dispositivo que opere cuando la presión de aire le sea aplicada para empujar a las zapatas del freno contra los tambores del freno. Este dispositivo convertirá la energía del aire comprimido en la energía mecánica requerida para operar las zapatas del freno. Estos dispositivos son llamados cámaras de freno y se encuentran montados lo más cerca posible de las zapatas del freno. La función de una cámara de freno es convertir la energía neumática en energía mecánica que sirve para aplicar los frenos. Las cámaras de freno de servicio son parte del conjunto de frenos y una cámara de freno de servicio simple esta usualmente montado sobre un soporte adjunto al eje delantero o de dirección de los frenos delanteros El término ‘frenos de servicio’ es usado para describir a los frenos que normalmente son usados para bajar la velocidad y detener al vehículo o máquina y están en 'servicio' la mayor parte del tiempo. Otros frenos tales como los frenos de emergencia/ estacionamiento sólo se utilizan para estacionarse o en una emergencia.
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Cámara de freno de servicio 3 Ajustador de holgura Varilla de empuje 4 Árbol de leva en forma de ‘S’ Figura 4.9. Cámara de freno de servicio
Lección 4.12.- Operación del Sistema de Frenos de Servicio El tanque humedo deriva aire a presion a dos tanques, el primario y el secundario, estos a su vez alimentaran al freno de servicio posterior o primario y al freno de servicio delantero o secundario respectivamente. El perdal del freno envia una señal piloto hacia la válvula rele quien dejara pasar el aire desde los tanques hasta los frenos de servicio posterior. Este circuito pertenece al sistema de frenos primario. El sistema de frenos delantero, actua de la misma manera pero la señal de aire pasa a travez de una válvula de escape rapido para accionar los frenos delanteros.
El aire que acciona las camaras de freno deben llegar de manera rapida y oportuna para accionar los frenos, tambien es importante que se libere el aire de las camaras para permitir que la rueda gire sin restricciones
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Modulo 5
Sistema de frenos de parqueo / emergencia
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Lección 5.1.- Sistema de frenos de parqueo y/o emergencia Los frenos de servicio son aquellos que el operador va accionar cuando quiera reducir la velocidad del vehiculo o cuando quiera detener su movimiento. Solo basta con pisar el pedal del freno que esta ubicado en piso de la cabina para conseguir la velocidad adecuada para poder controlar al vehiculo en movimiento. Lección 5.2.- Componentes del sistema de frenos de parqueo - emergencia Los componentes del sistema de frenos de servicio son los siguientes: 1. La válvula doble check 2. Válvula del freno de parqueo 3. Válvula moduladora del freno de resorte 4. Válvula relé del freno de parqueo 5. Cámara de frenos de parqueo Lección 5.3.- Válvula doble check – DC-2 La línea de salida de esta válvula siempre tiene aire a presión, la cual la escoge entre dos líneas de entrada. Es importante que esta válvula se instale en forma vertical debido a que tiene en su interior un carrete sensible a las líneas de presión de entrada, quienes la desplazaran dependiendo de cual de ellas tenga mayor presión.
Lección 5.4.- Válvula del freno de parqueo – PP-3 La válvula de accionamiento del freno de parqueo permite aliviar todo el aire contenido dentro de las cámaras de frenos, permitiendo que los resortes internos activen mecánicamente los frenos de parqueo o emergencia
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Lección 5.5.- Válvula moduladora del freno de resorte – SR-7 La acción destacada de esta válvula permite que el operador pueda controlar el accionamiento de los frenos de parqueo simulando a los frenos de servicio, para que pueda reducir la velocidad del vehiculo antes de que se quedo bloqueado los frenos.
Lección 5.6.- Válvula relé del freno de parqueo – R-14 Como toda válvula relé necesita una línea piloto, esta válvula tiene dos señales de pilotaje, la primera para que se activen los frenos de parqueo, la segunda es para evitar que se activen los frenos de servicio estando ya activados los frenos de parqueo, esto evita que se dañe los diafragmas internos de las cámaras de frenos.
Lección 5.7.- Cámara de frenos de parqueo Para los frenos posteriores se utiliza una unidad de freno de servicio compuesto especial de emergencia/ estacionamiento, así que las cámaras de freno de servicio simple solo se utilizan en los frenos delanteros. Cámara de freno de emergencia/ estacionamiento (freno resorte) Las cámaras de freno de servicio sólo funcionarán cuando se les aplique presión de aire, lo cual es bueno para un frenado normal. Sin embargo, este arreglo no sería bueno para los frenos de emergencia o estacionamiento, ya que un freno de emergencia es usado cuando se ha perdido el aire comprimido y un freno de estacionamiento necesita funcionar incluso si se ha perdido la presión de aire. Por estas razones se utiliza una cámara de freno que funciona con la presión de un resorte. La presión de aire mantiene suelto al freno y en un caso de emergencia si la presión de aire se ha perdido el resorte aplicará los frenos automáticamente. Para propósitos de estacionamiento la presión de aire mantendrá suelto al freno hasta que el operador mueva la válvula del freno para soltar la presión de aire y permita al resorte que aplique el freno. MMGFSSF201
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Por causa de la operación del resorte de estas unidades, a menudo nos refieren a éstas como cámaras de freno de resorte. Una cámara de freno de emergencia/ estacionamiento es una unidad compuesta con dos secciones separadas. La sección delantera es similar a una cámara de freno de servicio simple, mientras que la sección posterior es una cámara de freno de emergencia/ estacionamiento operada por un resorte. Debido a la fuerza requerida para operar los frenos, el resorte dentro de una unidad de freno de emergencia/ estacionamiento es grande y se encuentra comprimido todo el tiempo incluso cuando al actuador no se le ha aplicado presión de aire. Esto hace que las cámaras de freno de emergencia/ estacionamiento sean muy peligrosos y estos jamás deben ser desarmados a menos que se siga los procedimientos del fabricante y además utilizando herramientas especiales requeridas para mantener comprimido al resorte.
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Sección del freno de emergencia/ estacionamiento Conexión de aire de emergencia/ estacionamiento Sección del freno de servicio
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Conexión de aire del freno de servicio Varilla de empuje
Lección 5.8.- Operación de los frenos de parqueo - emergencia Cuando el operador necesita que la maquina o el vehiculo se detenga por tiempo prolongado, solo debe jalar el botón amarillo de la válvula PP-3, para liberar el aire a presión de las cámaras. Esto activara en forma mecánica los frenos de servicio, debido a los resortes que están alojados en las rotocamaras. Si el operador necesita conducir el vehiculo, debe presionar la válvula de parqueo para que una señal llegue a la válvula rele para que permita el paso del aire a presión consiguiendo vencer la fuerza del resorte de las cámaras y liberando el eje y la rueda. Si por algún motivo los tanques se quedaran sin aire a presión, se activaría de inmediato los frenos de emergencia, debido a que este sistema de frenos necesita de aire a presión para dejar libre los ejes y las ruedas, la ausencia de aire bloquearía el sistema y por consecuencia las ruedas.
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Modulo 6
Sistema de frenos de la Carreta -Remolque
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Lección 6.1.- El sistema frenos del remolque Lección 6.2.- Componentes del sistema de frenos del remolque 1. Válvula relé proporcional bobtail 2. Modulo de control de parqueo 3. Válvula de protección del tractor 4. Válvula de control del remolque 5. Válvula de relación bobtail 6. Válvula del freno del resorte del remolque Lección 6.3.- Válvula relé proporcional bobtail – BP-R1 Es diferente para un operador manejar un tracto con carreta y sin carreta, esta diferencia se haría evidente al accionar los frenos de servicio. Para tal efecto se usa esta válvula que permite diferenciar la severidad del frenado cuando el tracto tiene una carreta acoplada.
Lección 6.4.- Modulo de control de parqueo – MV-3 El tractor tiene un botón para que se active los frenos de parqueo y los propio debe ocurrir al activar otro botón rojo que acciona los frenos de parqueo de la carreta. Aquí la configuración es dual, para independizar los sistemas, este modulo va ubicado en la cabina del operador
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Lección 6.5.- Válvula de protección del tractor – TP-3 Con esta válvula el sistema puede distinguir si la carreta esta acoplada al tractor, de esta información se vale la válvula BP-R1 para su desempeño.
Lección 6.6.- Válvula de control del remolque – TC-2 En operación del vehiculo es necesario no recalentar los frenos de servicio, por tal motivo, esta válvula permite accionar los frenos de servicio de la carreta para reducir la velocidad de la maquina, dejando los frenos de servicio del tractor para situaciones de riesgo, esto se consigue con una válvula que esta acoplada a la altura del timo y que es conocida por los operadores como “bigote”.
Lección 6.7.- Válvula de relación bobtail – LQ-5 Esta válvula permite alimentar de presión de aire para que la válvula de control del remolque pueda operar.
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Lección 6.8.- Válvula del freno del resorte del remolque – SR-1 Independientemente de que el sistema de frenos de servicio pueda alimentar de aire a presión, esta válvula permite que el aire se almacene en un tanque propio en el remolque y dosificara el aire en caso de emergencia para que los frenos de parqueo disminuyan la velocidad del vehiculo accionando los frenos de la carreta.
Lección 6.9.- Operación del sistema de frenos del remolque
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Modulo 7
Mantenimiento de un Sistema Neumático de Frenos
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Lección 7.1.- Objetivos Esta sección dará a los participantes el conocimiento que necesitan para realizar una revisión de mantenimiento básico a un sistema neumático de frenos. Al haber completado exitosamente esta sección, los participantes estarán en la capacidad de: 1 Revisar si existe desgaste o daños en las uniones y conexiones. 2 Revisar si existen fugas en las mangueras y acoples. 3 Lubricar las uniones. 4 Ajustar los frenos de acuerdo a las especificaciones del fabricante. 5 Purgar el tanque de aire. 6 Revisar el secador de aire. 7 Revisar el ajuste de la presión del gobernador. Lección 7.2.- Mantenimiento básico del sistema de frenos Un sistema de frenos está sujeto al desgaste o fricción de sus componentes, entre estos las zapatas y pastillas de los frenos. Esto puede causar que los frenos resulten ser menos eficientes y puede que se necesite ajustarlos para que vuelvan a estar en condiciones de funcionamiento. Los componentes de los frenos pueden recibir daño externo de objetos que saltan de la superficie de la carretera. También se puede producir una fuga que causaría una pérdida de presión de aire y significaría que una o más secciones del sistema dejen de funcionar. Puede que algunos componentes de frenos no funcionen correctamente y causen un rendimiento pobre de frenado. Todas estas condiciones pueden ser detectadas al realizar una revisión de mantenimiento simple y permite tomar una acción correctiva si es necesario. Lección 7.3.- Procedimientos del fabricante Todos los vehículos o máquinas tendrán un procedimiento del fabricante para cosas como ajustar los frenos. Los procedimientos que son dados en esta sección sirven sólo de guía general y se debe consultar el manual de servicio para realizar procedimientos específicos en un vehículo o máquina. Lección 7.4.- Revisar si existe desgaste o daños en las uniones y conexiones. La mayoría de las uniones en un sistema neumático de frenos están en el pedal del freno y en las varillas de empuje que conectan los actuadores del freno a los ajustadores de holgura. El pedal de freno gira sobre un pin grande y tiene una varilla de empuje o pistón que transmite un esfuerzo operativo a la válvula de pie. Si estas partes mecánicas se desgastan, entonces el pedal de freno viajará alguna distancia antes de que los frenos empiecen a operar. La varilla de empuje de la cámara de freno, se conecta al ajustador de holgura por medio de un pasador de horquilla que puede desgastarse. La varilla de empuje también puede doblarse por acción de un golpe causado por un objeto que salte. Revise el pedal del freno y puntos de pivote en busca de desgaste o daño (ver la figura 7.1). Nota: El pedal del freno está en la cabina del operador y puede que sea necesario bajar al nivel donde se puede ver, o puede que sea necesario remover el piso.
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Figura 7.1: Pedal del freno (1), punto del pivote (2) y pistón (3)
Revisar la conexión entre la varilla de empuje y el ajustador de holgura y revisar si existe daño o desgaste en este último (ver la figura 7.2).
Figura 7.2: Varilla de empuje de la cámara de freno (1) y ajustador de holgura (2)
Lección 7.5.- Revisar si existen fugas en las mangueras y acoples. Las mangueras de aire de polietileno y acoples de metal se usan para transmitir la presión de aire del compresor a los reservorios, las válvulas del freno y las cámaras de freno. Estas son mangueras de diámetro pequeño, de diferentes colores, para diferentes circuitos y están aseguradas al chasis, por medio de clips. Las mangueras se aflojan, pueden sobarse contra el chasis y desgastar el material del conducto hasta que se produce una fuga. Las mangueras también pueden ser golpeadas por objetos que saltan debajo del vehículo o máquina causando daños o fugas. Los daños de pueden ver fácilmente y las fugas grandes pueden ser escuchadas con facilidad ya que el aire está a una alta presión y hará un ruido sisireante distintivo. Puede que las fugas pequeñas no hagan ningún ruido y se necesite usar un probador especial de fugas o con una solución jabonosa. Revise si existen daños en las mangueras y acoples (Ver la figura 7.3). Siga cada MMGFSSF201
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manguera del freno desde el compresor hasta el tanque y a través de las válvulas del freno hasta las cámaras de freno.
Figura 7.3: Mangueras y conexiones de aire.
Escuche para verificar fugas mientras el operador mantiene su pie presionando firmemente en el pedal del freno y con el motor apagado. Arranque el motor y ponga el sistema a una presión de operación normal y escuche si hay fugas. Si se sospecha que existe una fuga de aire pero no se escucha nada, entonces aplique una solución de agua y jabón en las conexiones de línea de aire. La fuga se notará por la aparición de pequeñas burbujas en el jabón. Lección 7.6.- Lubricar las uniones. Las uniones como por ejemplo la conexión entre la varilla de empuje y el ajustador de holgura tienen un pasador de horquilla que necesita ser lubricado a ciertos intervalos para reducir el desgaste. Los ajustadores de holgura también tienen una grasera para lubricar el mecanismo de ajuste. Lubrique todas los puntos de unión de pivote (ver la figura 7.4). Lubrique todos los puntos de grasa del ajustador de holgura.
Figura 7.4: Puntos de lubricación.
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Lección 7.7.- Ajustar los frenos de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Los frenos neumáticos son ajustados en los ajustadores de holgura para los lóbulos de leva en 'S', y a través del tambor del freno o contra placa en el caso de los lóbulos (expansores) tipo cuña. Ambos tipos pueden ser ajustados con mecanismos de ajuste automático, en tal caso el ajustar no sería necesario. Procedimiento de ejemplo en el caso de los lóbulos de leva en forma de ‘S’ Haga funcionar el motor hasta que obtenga una presión normal del sistema neumático. Pare el motor y saque la etiqueta de los controles del vehículo o máquina. Bloquee todas las ruedas. Suelte el freno de estacionamiento. Usando una llave de vuelta al ajustador de holgura hasta que las zapatas del freno estén bien sujetos al tambor del freno (ver la figura 61). Voltee al ajustador de holguras ½ vuelta hacia atrás. Repita el procedimiento para cada ajustador de holgura. Aplique el freno de servicio y revise que el ángulo entre la varilla de empuje del actuador del freno y el ajustador de holguras sea de 90 grados (ver la figura 7.5). Nota: Si este ángulo no tiene 90 grados la longitud de la varilla de empuje tendrá que ser ajustada.
Figura 7.5: Ajustador de holgura a 900 de la varilla de empuje(1) y el tornillo de ajuste(2)
Lección 7.8.- Purgar el tanque de aire. El aire que es aspirado de la atmósfera hacia el sistema de frenos contiene humedad. Esta humedad se condensará en agua cuando entre en contacto con las paredes de acero frías del tanque. El agua se colectará en el fondo del tanque y debe ser removido para evitar que esta entre en otros componentes del sistema de frenos y cause corrosión. Hay un grifo de drenaje al fondo del tanque para permitir que esta agua se drene. Algunos tanques están provistos de válvulas de drenaje automáticas. Abra la válvula de drenaje y permita que el agua drene hasta que solo salga aire limpio (ver la figura 7.6). Nota: Mantenga las manos fuera de la boquilla de salida de la válvula de drenaje ya MMGFSSF201
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que el aire y el agua serán expulsados con una fuerza considerable. Cierre la válvula de drenaje completamente, asegurándose de que no hayan fugas. Repita el procedimiento para todas las otras válvulas de drenaje.
Figura 7.6: Válvula de drenaje del tanque
Lección 7.9.- Revisar el secador de aire. No todos los sistemas de frenos están equipados con secador de aire, así que este procedimiento sólo aplicará a aquellos vehículos y máquinas grandes que lo tengan. Un secador de aire normalmente funcionará sin ningún problema entre cada reemplazo de servicio programado del material disecante que se usa para absorber la humedad. Sin embargo, grandes cantidades de agua en el sistema pueden indicar que el secador de aire no está funcionando correctamente y necesita ser revisado. Existen otras dos causas que se deben tomar en cuenta antes de inspeccionar el secador de aire. Se ha usado aire proveniente de otra máquina que no tiene secador de aire para arrancar el motor. Si este aire no pasó a través del secador de aire, puede haber humedad considerable que se ha transferido desde el otro sistema neumático. En este caso puede que tome cierto tiempo secar el sistema completamente. Excesiva demanda del sistema neumático no ha permitido que el compresor cargue y descargue de una manera normal. El secador de aire solo opera cuando el compresor de aire carga y descarga. En esta situación el secador de aire no podrá remover la humedad del aire. La humedad se condensará u colectará en los tanques. Si esta es una posibilidad, se debe permitir que el sistema opere normalmente y remover el exceso de humedad del sistema. Si ninguna de las condiciones anteriores se considera que hayan ocurrido, entonces será necesario revisar el secador de aire de la siguiente manera. Nota: El siguiente procedimiento aplica a máquinas Caterpillar, remítase al manual de servicio del fabricante para otras marcas. Revise todos los pernos de retención en el secador de aire para asegurarse que estén correctamente ajustados. Revise las conexiones de las líneas de aire y asegúrese que estén ajustadas. Revise todas las conexiones eléctricas y cerciórese de que estén aseguradas. Instale un manómetro de presión de air en la línea entre la descarga del secador de aire y los tanques de aire. Arranque el motor y hágalo funcionar al vacío hasta que la presión del sistema alcance la presión de corte del gobernador. Detenga el motor. MMGFSSF201
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Figura 7.7: Secador de aire
Revise que el manómetro muestre una presión estable. Si se presenta una baja de presión abrupta pudiera ser una indicación de deficiencia en la válvula de revisión. Revise como se indica a continuación. Arranque el motor y hágalo funcionar al vacío hasta que la presión del sistema alcance la presión de corte del gobernador. Detenga el motor. La válvula de purga debería operar a una presión de corte y el ciclo de purga debería durar al rededor de dos minutos. Si hay un flujo constante de aire proveniente del escape de la válvula de purga, después de dos minutos y la presión de aire en el manómetro está bajando, entonces existe un escape de aire en la válvula de purga. Arranque el motor y con el compresor bajo carga ponga una mezcla de solución jabonosa en la válvula de purga. Las burbujas son un signo de que hay un escape en la válvula de purga. Si existe un escape de aire en la válvula de purga, será necesario dar servicio al secador de aire (remítase al Manual del Secador de Aire para Servicio de Sistemas Neumáticos de Vehículos donde encontrará los procedimientos para reemplazar el cartucho de desecante. Publicación número SENR7474-05 de Caterpillar). Si no se puede hallar ninguna falla con el secador de aire, será necesario reemplazar el cartucho de desecante del secador de aire (remítase al Manual del Secador de Aire para Servicio de Sistemas Neumáticos de Vehículos donde encontrará los procedimientos para reemplazar el cartucho de desecante. Publicación número SENR7474-05 de Caterpillar). Lección 7.10.- Revisar el ajuste de la presión del gobernador. El ajuste de la presión del gobernador es la presión alcanzada por el sistema antes de que el gobernador descargue el compresor y detenga cualquier incremento posterior en la presión de aire. Es una presión operativa normal del sistema y es importante para la operación eficiente de los frenos. Coloque un manómetro en el sistema neumático de frenos en cualquier localización conveniente donde leerá la presión del tanque. Nota: No confíe en un manómetro que esté montado en el panel del operador, ya que no hay manera de saber cuan exacto es este. MMGFSSF201
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Arranque el motor y deje que funcione en vacío. Anote la lectura de la presión máxima en el manómetro (ver la figura 7.8). Este será el ajuste de presión del gobernador y debería estar dentro de las especificaciones provistas por el fabricante. Usted podrá oír un cambio en ruido del motor a medida que el compresor se descarga. Nota: Si el ajuste de la presión del gobernador es muy alta o es muy baja se debe volver a ajustar el gobernador. Aplique los frenos varias veces hasta que el compresor alcance la presión de carga y comience a proveer de aire comprimido. Usted podrá oír un cambio en ruido del motor a medida que el compresor alcanza la presión de carga. La presión de carga debería estar dentro de los 172 kPa (25 PSI) del ajuste de la presión del gobernador (ver la figura 7.8).
Figura 7.8: Ajuste de la presión del gobernador.
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